淤泥土固化試驗(yàn)與應(yīng)用分析

溫藝燦

摘要：福州市地鐵2號(hào)線在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生大量的淤泥土，占用場(chǎng)地且造成環(huán)境污染，對(duì)施工成本和進(jìn)度造成較大的影響，為解決這一問(wèn)題，決定對(duì)淤泥進(jìn)行固化改良再利用。經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，獲得良好效果。

關(guān)鍵詞：淤泥;固化;試驗(yàn);分析與總結(jié)

前言

福州市地鐵2號(hào)線在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，產(chǎn)生大量的廢棄淤泥土，其含水率高，在60%～110%之間波動(dòng)，流動(dòng)性強(qiáng)，呈高壓縮性，承載力低，比重在1.60g/cm3左右，對(duì)淤泥土的運(yùn)輸和排放造成困難，大量占用施工場(chǎng)地并對(duì)環(huán)境造成污染。為解決這一問(wèn)題，決定對(duì)淤泥進(jìn)行固化改良再利用。在實(shí)際應(yīng)用前，經(jīng)過(guò)與淤泥土改良分包方深入探討和研究，采納其推薦，選取具有代表性的3個(gè)土樣，分別摻加KZJ-F/無(wú)機(jī)復(fù)合類、KZJ- CPS1無(wú)機(jī)類、KZJ-T/無(wú)機(jī)復(fù)合類三種固化劑，固化劑的摻量采用推薦摻量，含水率越高，摻量越高，含水率越低，摻量越低。對(duì)摻加固化劑后的改良土進(jìn)行多個(gè)齡期的CBR和酸堿值試驗(yàn)，以了解固化土的力學(xué)性能和土質(zhì)的酸堿度，為工程項(xiàng)目淤泥土固化施工提供數(shù)據(jù)。

1 淤泥固化基本原理

向淤泥摻入適量的固化劑并攪拌均勻，使固化劑與淤泥發(fā)生水化、水解反應(yīng)生成各種水化膠凝產(chǎn)物。膠凝物在凝結(jié)的同時(shí)包裹淤泥中的細(xì)小顆粒形成團(tuán)粒，形成由水化膠凝物為主的骨架結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。固化劑本身具有較高的強(qiáng)度和硬度，其顆粒與淤泥顆粒相互填充，發(fā)生水化后相互搭接形成緊密堆積結(jié)構(gòu);固化劑顆粒的未水化部分在水化產(chǎn)物之間還可起到強(qiáng)有力的“微集料填充”和“骨架支撐”作用。再利用激發(fā)劑有效活性激發(fā)成分，更好的促進(jìn)這種復(fù)合的膠凝效應(yīng)，可保留部分活性成分，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定的增加強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)物理壓實(shí)后它能表現(xiàn)出良好的整體強(qiáng)度，較強(qiáng)的水穩(wěn)性，可作為一種優(yōu)良的地基回填材料使用。

2 土樣

通過(guò)對(duì)多個(gè)車站站點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和鑒別，發(fā)現(xiàn)棄土主要有淤泥質(zhì)粘土和粉質(zhì)粘土，其中需進(jìn)行固化改良的淤泥質(zhì)土含水量變化較大，在60%～110%之間。本次通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽樣，最終選擇3個(gè)比較有代表性的淤泥土進(jìn)行固化改良試驗(yàn)，固化改良試驗(yàn)前的淤泥土通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)，具體情況如下表：

3 固化劑選用和摻量

根據(jù)推薦，選用KZJ-F/無(wú)機(jī)復(fù)合類、KZJ- CPS1無(wú)機(jī)類、KZJ-T/無(wú)機(jī)復(fù)合類三種固化劑;摻量依據(jù)土的含水率選定（一般在60～100kg/m3）：土1的摻量分別按60kg/m3和80kg/m3，土2的摻量按90kg/m3，土3的摻量按100kg/m3。

4檢測(cè)依據(jù)和檢測(cè)項(xiàng)目

為淤泥土改良后能夠就地再利用，本文依據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTGF10-2006和《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》CJJ1-2008中對(duì)路基回填材料最小強(qiáng)度的技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)固化改良后的淤泥土進(jìn)行7天、14天和28天三個(gè)不同齡期的CBR值進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，同時(shí)結(jié)合工程用土中環(huán)境對(duì)土質(zhì)酸堿度的要求，對(duì)pH值指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)方法參考采用《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》JTGE40—2007。

5 試驗(yàn)結(jié)果匯總與分析

5.1 改良后的試驗(yàn)結(jié)果匯總，如下表

5.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定

查閱比對(duì)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》JTGF10-2006和《城鎮(zhèn)道路工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》CJJ1-2008，兩本規(guī)范對(duì)路基填料最小強(qiáng)度規(guī)定基本相同，詳見(jiàn)下表：

5.3 技術(shù)指標(biāo)分析、總結(jié)

從表2中可見(jiàn)，KZJ-F和KZJ-T無(wú)機(jī)復(fù)合類固化劑摻量在60～100kg/m3時(shí)，淤泥土通過(guò)改良（固化）后的CBR值難于達(dá)到路基填料最小強(qiáng)度的技術(shù)要求，故本次固化改良方案不考慮采用。不論淤泥土的含水率如何變化，KZJ-CPS1無(wú)機(jī)類固化劑摻量在60～100kg/m？時(shí)，淤泥土通過(guò)固化劑的改良（固化）后，固化土的CBR值均可達(dá)路基填料最小強(qiáng)度的技術(shù)要求。此外，從表2中還可見(jiàn)，改良前淤泥土的pH值為9.2，摻KZJ-CPS1無(wú)機(jī)類固化劑改良后：當(dāng)摻量60kg/m3時(shí)，pH值為10.1;當(dāng)摻量80kg/m3時(shí)，pH值為10.6;當(dāng)摻量90kg/m3時(shí)，pH值為11.0;當(dāng)摻量100kg/m3時(shí)，pH值為11.4，隨著固化劑摻量的增加，改良土的pH值逐步增加。但隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，受空氣中二氧化碳的影響，改良土的堿性逐漸降低，28天檢測(cè)時(shí)的pH值分別為6.8、7.0、7.1和7.2，已接近中性，對(duì)土質(zhì)環(huán)境沒(méi)有明顯的不良影響，甚至可用于植物綠化用土。結(jié)合表2的兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果和表3的相關(guān)規(guī)定，說(shuō)明淤泥土是可以改良再利用，淤泥土的含水率越高，固化劑摻量越多，改良成本越大，含水率越低，則反之;也說(shuō)明采用KZJ-CPS1無(wú)機(jī)類固化劑對(duì)淤泥土進(jìn)行固化改良后可作為公路路基、圍墾隔堤、堆場(chǎng)等各類回填土就地使用。

5.4 成本分析

福州地鐵二號(hào)線的標(biāo)準(zhǔn)車站的規(guī)格（包含地連墻）：長(zhǎng)×寬×高=202m×20m×18m，出土總方量為202m×20m×18m=72720m3，開(kāi)挖去淤時(shí)間約5個(gè)月;隧洞的直徑為6.3米，平均區(qū)間長(zhǎng)度約1100米，單洞出土總方量約為3.15m×3.15m×π×1100m=34289 m3，正常每天（盾構(gòu)）進(jìn)尺約7.2米/6環(huán)，單洞盾構(gòu)施工工期約6個(gè)月（含洞口施工）;出土排淤施工總工期約為5個(gè)月+6個(gè)月×2=17個(gè)月;出土排淤總方量約為72720 m3+34289 m3×2=141298 m3。

因福州屬于省會(huì)城市，地鐵建設(shè)施工地點(diǎn)基本位于市中心，政府主管單位對(duì)環(huán)境污染管控特別嚴(yán)格，而地鐵施工排出的淤泥土若不經(jīng)固化處理，無(wú)法直接外運(yùn)排放，只能租用場(chǎng)地（面積約1200m2）存放待自然風(fēng)干后，再運(yùn)輸?shù)街付ㄅ欧劈c(diǎn)排放，且日后車站頂部回填還得外購(gòu)回填土。未固化淤泥土直接排放和淤泥土固化改良就地使用費(fèi)用成本計(jì)算，見(jiàn)以下兩表：

從表4可見(jiàn)，未固化淤泥土直接排放費(fèi)用成本為123.77元/m3，從表5可見(jiàn)，淤泥土固化改良就地使用費(fèi)用成本為47.22元/m3，兩者成本相差76.55元/m3，單一站一區(qū)間的淤泥排放處理就可節(jié)省成本約76.55×141298≈1080萬(wàn)元，且不包含日后車站頂部回填外購(gòu)回填土產(chǎn)生的費(fèi)用成本。

6結(jié)語(yǔ)

本次淤泥土固化改良的方案最終得到順利實(shí)施運(yùn)用，不僅解決了淤泥土占用大量場(chǎng)地，對(duì)環(huán)境造成污染，不利于施工推進(jìn)等問(wèn)題，也為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，更為企業(yè)日后承接類似工程且需要對(duì)淤泥土進(jìn)行固化改良施工提供參考，同時(shí)也說(shuō)明了淤泥土改良選用固化劑的類別和摻量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)室的試驗(yàn)比對(duì)來(lái)確定。

參考文獻(xiàn)：

[1]《淤泥固化土技術(shù)在連云港徐圩港區(qū)軟土地基中的應(yīng)用》 學(xué)術(shù)期刊 《水運(yùn)工程》2013年10月.

[2]《淺析淤泥固化在軟土基礎(chǔ)中的應(yīng)用》 學(xué)術(shù)期刊 《建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)》2015年10期.

[3]《土石混填路基施工系統(tǒng)的質(zhì)量、進(jìn)度、成本綜合控制方法研究》 學(xué)位論文 重慶交通大學(xué)2013.

[4]《新型固化劑與水泥混合料固化紅層土水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究》 學(xué)術(shù)期刊 《新型建筑材料》2017年8期.

（作者單位：中交三航局廈門分公司）